【KVM新概念】 - Paravirtualized End-of-Interrupt Indication (PV-EOI)

背景

X86 PC体系架构中的中断控制器，早先是8259A，现在更普遍使用的是APIC，他们处理中断的流程遵循如下流程：

1. 1. 外部设备产生一个中断，如果该中断没有被屏蔽掉，中断控制器将IRR寄存器中相应的位置1，表示收到中断，但是还未提交给CPU处理；
   2. 中断控制器将该中断提交给CPU，CPU收到中断请求后，会应答中断控制器；
   3. 中断控制器收到CPU的中断应答后，将IRR寄存器中相应的位清0，并将ISR寄存器相应的位置1，表示CPU正在处理该中断；
   4. 当该中断的处理程序结束以前，需要将中断控制器的EOI寄存器对应的位置1, 表示CPU完成了对该中断的处理；
   5. 中断控制器收到EOI后，ISR寄存器中相应的位清0，允许下次中断；

在虚拟化场景中，该流程至少会导致两次VM Exit： 第一次是VMM截获到设备中断的时候，通知客户机退出，将这个中断注入到客户机中；另外一次是当客户机操作系统处理完该中断后，写中断控制器的EOI寄存器，这是个MMIO操作，也会导致客户机退出。在一个外部IO比较频繁的场景中，外部中断会导致大量的VM Exit, 影响客户机的整体性能。

 

原理

PV-EOI其实就是通过半虚拟化的办法来优化上述的VM Exit影响，virtio也是使用这个思想来优化网络和磁盘；就EOI的优化来说，其思想本质上很简单：

1. 1. 客户机和VMM协商，首先确定双方是否都能支持PV-EOI特性，如果成功，则进一步协商一块2 bytes的内存区间作为双方处理EOI的共享缓存；
   2. 在VMM向客户机注入中断之前，会把缓存的最低位置1，表示客户机不需要通过写EOI寄存器；
   3. 客户机在写EOI之前，如果发现该位被设置，则将该位清0；VMM轮询这个标志位，当检查到清0后，会更新模拟中断控制器中的EOI寄存器；如果客户机发现该位未被设置，则继续使用MMIO或者MSR写EOI寄存器；